Perda de carga

Perda de carga é a energia perdida pela unidade de percurso do fluido quando este escoa. Termo muito utilizado em engenharia e mecânica dos fluidos.

A perda de carga num tubo ou canal, é a perda de energia dinâmica do fluido devido à fricção das partículas do fluido entre si e contra as paredes da tubulação que os contenha.

Podem ser contínuas, ao longo dos condutos regulares, acidental ou localizada, devido a circunstâncias particulares, como um estreitamento, uma alteração de direção, a presença de uma válvula, etc.

Perda de carga em conduto retilíneo

Se o fluxo é uniforme, ou seja, que a seção é constante, e portanto a velocidade também é constante, o princípio de Bernoulli, entre dois pontos pode ser escrito da seguinte forma:

$\ y_{1}+{\frac {P_{1}}{\rho g}}=y_{2}+{\frac {P_{2}}{\rho g}}+\sum _{}^{}\lambda$

onde:

• $\ g$ = constante gravitacional;
• $\ y_{i}$ = altura geométrica na direção da gravidade na seção $\ i=1$ ou $\ 2$;
• $\ P$ = pressão ao longo da linha de corrente;
• $\ \rho$ = densidade do fluido;
• $\ \sum _{}^{}\lambda$ = perda de carga; $\ \sum _{}^{}\lambda =J.L$; sendo $\ L$ a distância entre as seções 1 e 2; e, $\ J$ a variação na pressão manométrica por unidade de comprimento ou inclinação piezométrica, valor que se determina empiricamente para os diversos tipos de material, e é função do raio hidráulico e da rugosidade das paredes e da velocidade média da água.

Expressões práticas para o cálculo

Para tubos cheios, onde $\ R={\frac {D}{4}}$, a fórmula de Bazin se transforma em:

$\ J=0,000857.\left(1+{\frac {2\gamma }{\sqrt {D}}}\right)^{2}.{\frac {q^{2}}{D^{5}}}$

Os valores de $\ \gamma$ são:

• 0,16 para tubos de aço sem soldadura
• 0,20 para tubos de cimento
• 0,23 para tubos de ferro fundido

Simplificando a expressão anterior para tubos de ferro fundido:

$\ J=0,0019.q^{2}.D^{-5,32}$

A fórmula de Kutter, da mesma forma pode ser simplificada:

Com m = 0,175; $\ J=0,0012.q^{2}.D^{-5,26}$

Com m = 0,275; $\ J=0,0016.q^{2}.D^{-5,26}$

Com m = 0,375; $\ J=0,0020.q^{2}.D^{-5,26}$

ver: Coeficiente de rugosidade

Perdas de carga localizadas

As perdas de carga localizadas ou acidentais são expressas como uma fração ou um múltiplo da chamada "altura de velocidade" da forma:

$\ h_{v}=K*F*L*({\frac {V^{2}}{2g}})$

Onde:

• $\ h_{v}$ = perda de carga localizada;
• $\ F$ = coeficiente de perda de carga distribuída, ou fator de atrito de Darcy;
• $\ L$ = comprimento da tubulação (tubos + acessórios);
• $\ V$ = velocidade média da água, antes ou depois do ponto singular, conforme o caso;
• $\ K$ = Coeficiente determinado de forma empírica para cada tipo de ponto singular

Tipo de singularidade	K
Válvula de comporta totalmente aberta	0,2
Válvula de comporta metade aberta	5,6
Curva de 90º	1,0
Curva de 45º	0,4
Válvula de pé	2,5
Emboque (entrada em um tubo)	0,5
Saída de um tubo	1,0
Alargamento brusco	(1-(D1/D2)²)²
Redução brusca de seção (Contração)	0,5(1-(D1/D2)²)²

Referências

• Bear, J. 1972. Dynamics of Fluids in Porous Media, Dover. ISBN 0-486-65675-6.
• R. Byron Bird; Warren E. Stewart; Edwin N. Lightfoot; Fenômenos de Transporte; Editora LTC; 2004; ISBN 8521613938
• Washington Braga Filho; Fenômenos de Transporte Para Engenharia; Editora LTC; 2006; ISBN 8521614721

Ver também

• Hidráulica aplicada a tubulações